專利名稱：一種體接觸器件結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體來說，涉及一種基于柵極替代工 藝的體接觸器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
對于MOSFET器件來說，體接觸對其電學(xué)特性影響是一個非常重要的特征。首先， 它可以減小由浮體效應(yīng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換速度的不確定性，再者，可以方便從外部連接到諸如混 頻器(Mixer)和壓控振蕩器(VCO，VoltageControlled Oscillator)等電路設(shè)計的體。目 前在絕緣硅(SOI)技術(shù)中常用的體接觸結(jié)構(gòu)主要是T型柵和H型柵結(jié)構(gòu)，但這兩種結(jié)構(gòu)都 需要形成有源區(qū)的體接觸區(qū)(701)和其上的體接觸(702)，并需要隔柵(703)來隔離體接觸 區(qū)(701)和源漏區(qū)(704)，如圖7所示的T型柵結(jié)構(gòu)為例，這樣的結(jié)構(gòu)增加了器件的面積，并 導(dǎo)致多余的寄生效應(yīng)，比如寄生柵體電容(parasitic gate-body capacitor)、寄生體接觸 電阻(parasitic body resistor)等，如圖8所示，寄生柵體電容(720)指隔柵(703)與本 征體(700)之間的寄生電容，寄生體接觸電阻(730)指體接觸(702)與本征體(700)之間 的寄生電阻，這些寄生效應(yīng)降低了器件的性能，另外由于這些寄生效應(yīng)的存在，對SOI短溝 道器件的本征電學(xué)測試變得困難。因此，需要提出一種能夠有效減少或排除寄生效應(yīng)的體接觸器件結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制造體接觸器件結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)有隔離區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底和隔離區(qū)上形成偽柵堆疊，以及在所述偽 柵堆疊側(cè)壁形成側(cè)墻，以及在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極區(qū)和漏極區(qū)，并覆蓋所述源極區(qū)、 漏極區(qū)以及隔離區(qū)形成絕緣介電層；將偽柵堆疊一端去除，暴露襯底和隔離區(qū)以形成開口， 其中偽柵堆疊未去除部分為體引出堆疊，所述體引出堆疊包括體引出層，所述體引出層直 接和襯底接觸；在所述開口內(nèi)形成替代柵堆疊，所述替代柵堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極； 在所述源極區(qū)和漏極區(qū)上形成源漏接觸，在所述體引出堆疊中的體引出層上形成體接觸以 及在替代柵堆疊的柵電極上形成柵極接觸。其中所述體引出層由半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材 料形成，且采用與所述襯底不同的材料形成。本發(fā)明還提供了一種體接觸器件結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括具有半導(dǎo)體襯底，其中所述 半導(dǎo)體襯底內(nèi)有隔離區(qū)；在半導(dǎo)體襯底上形成的源極區(qū)和漏極區(qū)；形成于所述源極區(qū)和漏 極區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底和隔離區(qū)上的體引出堆疊和替代柵堆疊；其中所述體引出堆疊包括 體引出層；所述替代柵堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極；形成于所述體引出堆疊和替代柵堆疊 側(cè)壁的側(cè)墻；形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)的源漏接觸，以及體引出層上的體接觸，以及柵電 極上的柵極接觸。其中所述體引出層由半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料形成，且采用與所述襯 底不同的材料形成。通過采用本發(fā)明所述的方法形成的體接觸器件結(jié)構(gòu)，有效的減小了寄生效應(yīng)，提高了體接觸器件結(jié)構(gòu)的性能。


圖1示出了發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2示出了本發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖；圖3-6示出了本發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)各個制造階段的俯視圖；圖3A-6A示出了本發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)各個制造階段的AA’向視圖；圖!3B-6B示出了本發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)各個制造階段的BB’向視圖；圖4C-6C示出了本發(fā)明實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)各個制造階段的CC’向視圖；圖7示出了 T型柵結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖8示出了圖7中T型柵結(jié)構(gòu)的BB’向視圖。
具體實施例方式本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體來說，涉及一種基于柵極替代工 藝的體接觸器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn) 本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當(dāng) 然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參 考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例 和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述 的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例， 也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不 是直接接觸。參考圖1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)基于 后柵工藝形成，所述替代柵堆疊500和體引出堆疊400形成于源極區(qū)和漏極區(qū)214之間的 半導(dǎo)體襯底200和隔離區(qū)202之上，所述體引出堆疊400的體引出層204直接形成于襯底 200和隔離區(qū)202之上，且在體引出層204上形成體接觸238，所述器件結(jié)構(gòu)有效的減小了 寄生效應(yīng)和器件面積。參考圖2，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的體接觸器件結(jié)構(gòu)的制造方法，以下將 詳細描述所述器件結(jié)構(gòu)的制造方法。在步驟101，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底有 隔離區(qū)202，參考圖3A。在本實施例中，襯底200包括位于晶體結(jié)構(gòu)中的硅襯底(例如晶 片)，還可以包括其他基本半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體，例如Ge、GeSi、GaAS、InP, SiC或金剛石 等。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計要求(例如P型襯底或者η型襯底)，襯底200可以包括各種 摻雜配置。此外，襯底200可以可選地包括外延層，可以被應(yīng)力改變以增強性能，以及可以 包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。所述隔離區(qū)202可以包括二氧化硅或者其他可以分開器件的 有源區(qū)的材料。在步驟102，在所述半導(dǎo)體襯底200和隔離區(qū)202上形成偽柵(DummyGate)堆疊 300，以及在所述偽柵堆疊300側(cè)壁形成側(cè)墻210，以及在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極區(qū)和 漏極區(qū)214，并覆蓋所述源極區(qū)214、漏極區(qū)214以及隔離區(qū)202形成絕緣介電層216，如圖3(俯視圖)、圖3A(AA’向視圖)及圖;3B(BB’向視圖)所示。如圖3所示的器件結(jié)構(gòu)，可以 通過常規(guī)工藝步驟、材料以及設(shè)備來形成，其對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。所述偽柵堆疊300可以通過在所述襯底200和隔離區(qū)202上依次沉積體引出層 204、第一氧化物帽層206和第二氮化物帽層208，而后利用干法或濕法蝕刻技術(shù)將所述體 引出層204、第一氧化物帽層206和第二氮化物帽層208圖形化來形成。所述體引出層204 可以選用與所述襯底200不同的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料形成，例如Ge、GeSi, GaAs, hP、SiC、多晶硅或金剛石等，所述氧化物帽層206可以為氧化物材料，如SiO2等，所述第二 氮化物帽層208可以為氮化物材料，如SiN等。所述側(cè)墻210可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜硅玻璃、低k 電介質(zhì)材料及其組合，和/或其他合適的材料形成。側(cè)墻210可以具有多層結(jié)構(gòu)。側(cè)墻210 可以通過包括原子沉積方法、等離子增強化學(xué)氣象沉積(PECVD)或其他方法沉積合適的電 介質(zhì)材料的方法形成。在本實施例中，側(cè)墻為兩層結(jié)構(gòu)，包括第一側(cè)墻210-1和第二側(cè)墻 210-2，如圖3A所示。在形成第一側(cè)墻210-1之后，在所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成源/漏淺節(jié)區(qū)212，并 在形成第二側(cè)墻210-2之后，在所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成源極區(qū)和漏極區(qū)214。所述源/ 漏淺節(jié)區(qū)212以及源極區(qū)和漏極區(qū)214，可以通過根據(jù)期望的晶體管結(jié)構(gòu)，注入ρ型或η型 摻雜物或雜質(zhì)到所述襯底200中而形成，可以由包括光刻、離子注入、擴散和/或其他合適 工藝的方法形成。所述源/漏淺節(jié)區(qū)的形成包括源/漏延伸和/或halo注入。所述絕緣介電層216可以通過先在所述器件上沉積(如PECVD)絕緣介電層216， 而后對所述絕緣介電層216平坦化處理來形成，例如可以通過化學(xué)機械拋光(CMP)方法來 去除偽柵堆疊300之上的絕緣介電層216，以第二氮化物帽層208為停止層，形成如圖3A所 示的結(jié)構(gòu)。所述絕緣介電層216可以是但不限于例如未摻雜的氧化硅(Si02)、摻雜的氧化 硅(如硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等)等。在步驟103，將偽柵堆疊300 —端去除，暴露襯底200和隔離區(qū)202以形成開口 218，其中偽柵堆疊300未去除部分為體引出堆疊400，如圖4(俯視圖)、圖4A(AA’向視圖)、 圖4B(BB’向視圖)所示。將偽柵堆疊300的一端掩膜，通過RIE的方法，分別以第一氧化 物帽層206、體引出層204以及襯底200為停止層，依次去除偽柵堆疊300未掩膜一端的第 二氮化物帽層208、第一氧化物帽層206和體引出層204，以形成開口 218，并去除掩膜，偽柵 堆疊300未去除部分為體引出堆疊400，所述體引出堆疊400包括體引出層204、第一氧化 物帽層206和第二氮化物帽層208，如圖4B(BB’向視圖)和圖4C(CC’向視圖)所示。在步驟104，在所述開口 218內(nèi)形成替代柵堆疊500，所述替代柵堆疊500包括柵 介質(zhì)層230和柵電極232，如圖5(俯視圖)、圖5A(AA’向視圖)、圖5B(BB’向視圖)所示。 首先，在所述器件上依次沉積柵介質(zhì)層230和柵電極232，所述柵介質(zhì)層230可以包括但不 限于高k介質(zhì)材料，(例如，和氧化硅相比，具有高介電常數(shù)的材料)，高k介質(zhì)材料的例子 包括例如鉿基材料，如氧化鉿(HfO2)，氧化鉿硅(HfSiO)，氮氧化鉿硅(HfSiON)，氧化鉿鉭 (HfTaO)，氧化鉿鈦(HfTiO)，氧化鉿鋯(HfZrO)，其組合和/或者其它適當(dāng)?shù)牟牧?。所述?電極232可以是一層或多層結(jié)構(gòu)，可以但不限于從包含下列元素的組中選擇一種或多種元 素進行沉積TaN、Ta2C, HfN, HfC, TiC、TiN、TiAl、MoN、MoC, TaTbN, TaErN, TaYbN, TaSiN、 TaAIN、TiAIN、TaHfN, TiHfN, HfSiN、MoSiN、MoAIN、Mo、Ru、RuO2, RuTax^NiTax,多晶硅和金屬
5硅化物，及其它們的組合。柵介質(zhì)層230和柵電極232的沉積可以采用常規(guī)沉積工藝形成， 例如濺射、PLD、MOCVD、ALD、PEALD或其他合適的方法。而后，可以通過化學(xué)機械拋光(CMP) 方法，以第二氮化物帽層208為停止層，去除所述體引出堆疊400和絕緣介電層216之上的 柵介質(zhì)層230和柵電極232，從而在開口 218內(nèi)形成包括柵介質(zhì)層230和柵電極232的替代 柵堆疊500，如圖5A(AA’向視圖)、圖5B(BB’向視圖)所示。在此步驟，體引出堆疊400未 有變化，如圖5C(CC’向視圖)所示。特別地，在形成替代柵堆疊500之后，在所述源極區(qū)和漏極區(qū)214的半導(dǎo)體襯底 200上形成源漏金屬硅化物層234，以及在所述體引出層204上形成體引出金屬硅化物層 235，如圖6A(AA’向視圖)、圖6B(BB’向視圖)及圖6C(CC’向視圖)所示。首先，在絕緣介 電層216上形成第二層介質(zhì)層217，所述第二層介質(zhì)層217可以是但不限于例如未摻雜的氧 化硅(SiO2)、摻雜的氧化硅(如硼硅玻璃、硼磷硅玻璃等)等。而后，進行選擇性蝕刻，分別 在源極區(qū)和漏極區(qū)214、體引出層204以及柵電極232上形成接觸孔，并進行金屬硅化，以 形成源漏金屬硅化物層234和體引出金屬硅化物層235，所述金屬硅化的材料可以是，例如 Co、Ni、Mo、Pt 和 W 等。在步驟105，在所述源極區(qū)和漏極區(qū)214上形成源漏接觸236，在所述體引出層204 上形成體接觸238以及在替代柵堆疊500的柵電極232上形成柵極接觸M0，如圖6(俯視 圖)、圖6A(AA’向視圖)、圖6B(BB’向視圖)以及圖6C(CC’向視圖)所示。在所述器件上 沉積接觸金屬材料填滿接觸孔，如W，以形成源漏接觸236、體接觸238以及柵極接觸M0。以上對基于后柵工藝的體接觸器件結(jié)構(gòu)及其制造方法進行了描述，通過本發(fā)明， 在襯底上直接形成體引出層，且在體引出層之上形成體接觸，這種結(jié)構(gòu)減小了器件面積，而 且能夠有效的減小T型柵和H型柵結(jié)構(gòu)存在的寄生效應(yīng)，從而提高體接觸器件結(jié)構(gòu)的性能。雖然關(guān)于示例實施例及其優(yōu)點已經(jīng)詳細說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和 所附權(quán)利要求限定的保護范圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對 于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護范圍內(nèi)的同時，工藝 步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構(gòu)、制 造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容 易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法 或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié) 果，依照本發(fā)明可以對它們進行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機構(gòu)、制 造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造體接觸器件結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括A.提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)有隔離區(qū)；B.在所述半導(dǎo)體襯底和隔離區(qū)上形成偽柵堆疊，以及在所述偽柵堆疊側(cè)壁形成側(cè)墻， 以及在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極區(qū)和漏極區(qū)，并覆蓋所述源極區(qū)、漏極區(qū)以及隔離區(qū)形 成絕緣介電層；C.將偽柵堆疊一端去除，暴露襯底和隔離區(qū)以形成開口，其中偽柵堆疊未去除部分為 體引出堆疊，所述體引出堆疊包括體引出層，所述體引出層直接和襯底接觸；D.在所述開口內(nèi)形成替代柵堆疊，所述替代柵堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極；E.在所述源極區(qū)和漏極區(qū)上形成源漏接觸，在所述體引出堆疊中的體引出層上形成體 接觸以及在替代柵堆疊的柵電極上形成柵極接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述體引出層由半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料形 成，且采用與所述襯底不同的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料包括Ge、GeSi, GaAs, InP、SiC、多晶硅和金剛石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述體引出堆疊還包括第一氧化物帽層和第二氮 化物帽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在步驟D和步驟E之間還包括在所述源極區(qū)、漏極 區(qū)的半導(dǎo)體襯底上形成源漏金屬硅化物層，以及在所述體引出層上形成體引出金屬硅化物層。
6.一種體接觸器件結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)包括具有半導(dǎo)體襯底，其中所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)有隔離區(qū)； 在半導(dǎo)體襯底上形成的源極區(qū)和漏極區(qū)；形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底和隔離區(qū)上的體引出堆疊和替代柵堆疊；其中所述體引出堆疊包括體引出層；所述替代柵堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極； 形成于所述體引出堆疊和替代柵堆疊側(cè)壁的側(cè)墻；形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)的源漏接觸，以及體引出層上的體接觸，以及柵電極上的 柵極接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件結(jié)構(gòu)，其中所述體引出層由半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料 形成，且采用與所述襯底不同的材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述半導(dǎo)體或半導(dǎo)體化合物材料包括Ge、GeSi, GaAs, InP、SiC、多晶硅或金剛石。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件結(jié)構(gòu)，在所述源漏接觸與所述源極區(qū)和漏極區(qū)所在襯底 之間還包括源漏金屬硅化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件結(jié)構(gòu)，在所述體接觸與所述體引出層之間還包括體引 出金屬硅化物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件結(jié)構(gòu)，其中所述體引出堆疊還包括第一氧化物帽層和第二氮化物帽層。
全文摘要
一種體接觸器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，本發(fā)明是在形成偽柵堆疊后，去除偽柵堆疊的一端以形成開口，偽柵堆疊未去除部分為體引出堆疊，體引出堆疊的體引出層直接和襯底接觸；而后在開口內(nèi)形成替代柵堆疊；而后在體引出堆疊中的體引出層上形成體接觸。本發(fā)明所述方法形成的體接觸器件結(jié)構(gòu)有效減小了寄生效應(yīng)和器件面積，提高了器件結(jié)構(gòu)的性能。
文檔編號H01L21/28GK102148158SQ201010110029
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者梁擎擎, 鐘匯才 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所